發(fā)布時(shí)間：2020-06-13 11:36

【摘要】：本文基于不同煤粉動(dòng)力學(xué)分析,建立了惰性粉體抑制煤塵爆炸的數(shù)學(xué)模型。在充分探究惰性抑爆劑作用規(guī)律的基礎(chǔ)上,開發(fā)了工藝簡單、經(jīng)濟(jì)高效的新型復(fù)合粉體抑爆劑,解決了抑爆劑開發(fā)的關(guān)鍵問題,揭示了復(fù)合粉體抑爆劑的抑爆機(jī)理。針對煤塵本征特性,探究了不同揮發(fā)分含量和不同粒徑煤塵的爆炸抑制機(jī)理,為復(fù)合粉體抑爆劑的開發(fā)和針對性地采取爆炸抑制手段提供有價(jià)值的參考。通過以上幾方面的研究,本文的主要工作和結(jié)論如下:1.基于球形受限空間內(nèi)固-氣-固三相傳熱理論、揮發(fā)分析出DAEM模型以及主要揮發(fā)分組分(H2、CO、CnH2n+2、CnH2n、CnH2n-6、CnH2n-12)和固定碳參與的燃燒反應(yīng),建立了惰性粉體對煤塵爆炸抑制的數(shù)學(xué)模型。模型預(yù)測Pmax和(dP/dt)max均高于對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)值,相對誤差均0.15,能夠?qū)崿F(xiàn)對抑爆實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基本預(yù)測。粉煤灰空心球?qū)﹃兾魃衲緹熋旱谋ㄒ种菩Ч葘υ颇险淹ê置焊语@著。2.以改性的粉煤灰空心球?yàn)閮?nèi)層球殼載體,采用等體積浸漬法制得雙層球殼結(jié)構(gòu)的尿素/粉煤灰空心球復(fù)合抑爆劑。通過開展爆炸火焰?zhèn)鞑?shí)驗(yàn)、爆炸特性抑制實(shí)驗(yàn)、以及SEM、FTIR、TG-DSC等表征,表明尿素在粉煤灰空心球表面實(shí)現(xiàn)納米級負(fù)載,同時(shí)改善了粉煤灰空心球的表面張力。0-τ1階段納米尿素顆粒迅速參與揮發(fā)分氣相燃燒反應(yīng),為降低(dP/dt)max作出主要貢獻(xiàn),粉煤灰空心球主要(但不僅僅)作用于τ1～τ2階段,導(dǎo)致半焦的不完全反應(yīng),進(jìn)而降低了 Pmax。闡明微-納多級尺度互補(bǔ)效應(yīng)和分階段降速-降壓耦合抑爆效應(yīng)。3.以可再生的貝殼粉為主要組分,采用氣流粉碎一步法制備S-S復(fù)合抑爆劑,實(shí)現(xiàn)了 NaHC03對貝殼粉的機(jī)械干法包覆,解決了分散性和懸浮力相矛盾的問題。S-S復(fù)合抑爆劑添加量為40wt%,實(shí)現(xiàn)基本抑制�；诜蛛A段降速-降壓耦合抑爆機(jī)理,結(jié)合綜合燃燒特性指數(shù)和爆炸抑制特性實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步探究了不同揮發(fā)分含量煤塵的爆炸抑制特性,發(fā)現(xiàn)活性抑爆劑對高揮發(fā)分煤塵的抑制效率更高,惰性抑爆劑對低揮發(fā)分煤塵的抑制更加有效。4.分別從爆炸后果嚴(yán)重性和爆炸發(fā)生可能性兩個(gè)角度,對不同粒徑煤塵的爆炸抑制特性、最小點(diǎn)火能量和火焰?zhèn)鞑?dòng)力學(xué)展開研究。結(jié)果表明大粒徑煤塵的火焰?zhèn)鞑ニ俣?時(shí)間曲線呈現(xiàn)明顯脈動(dòng)趨勢,粉塵云火焰出現(xiàn)簇狀特征。大粒徑煤塵固相物質(zhì)燃燒存續(xù)時(shí)間長,使得具有長效阻隔效應(yīng)的惰性粉體具有更好的抑制效果。而小粒徑煤塵比表面積大,傳熱效率高,需要從降低燃燒環(huán)境溫度和消耗自由基兩方面抵消爆炸的速度效應(yīng)。結(jié)合不同粒徑煤塵的燃燒動(dòng)力學(xué)分析,引入達(dá)姆科勒數(shù),從煤塵燃燒機(jī)理角度解釋不同粒徑煤塵爆炸抑制的差異。結(jié)果表明大粒徑煤塵表面加熱速率小于顆粒整體熱解速率,經(jīng)歷揮發(fā)分析出-燃燒-固定碳燃燒過程,而小粒徑煤塵表面非均相反應(yīng)與氣相均相反應(yīng)幾乎同時(shí)進(jìn)行。進(jìn)而針對不同粒徑煤塵揭示了整體-小尺度和局部-大尺度的爆炸抑制機(jī)理。
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｐａｒｔｉｃｌｅ邋ｓｉｚｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｏａｌ邋ｄｕｓｔ邋ａｎｄ邋ＦＡＣ邋ｓｕｐｐｒｅｓｓａｎｔ逡逑２．２模型分析與假設(shè)逡逑受限空間煤塵爆炸抑制的模型描述如圖２．２所示。受限空間的煤塵爆炸是由中逡逑心點(diǎn)火源產(chǎn)生的能量引發(fā)，能量以球面波的形式向四周傳播。點(diǎn)火源產(chǎn)生的熱量逡逑首先加熱其周圍的煤顆粒使其發(fā)生熱解反應(yīng)析出揮發(fā)分，這些可燃的揮發(fā)分到達(dá)逡逑一定濃度后接觸空氣即會發(fā)生劇烈燃燒現(xiàn)象。揮發(fā)分燃燒完全后，半焦中的固定逡逑碳隨即發(fā)生燃燒產(chǎn)生大量二氧化碳?xì)怏w。己燃煤塵和未燃煤塵界面上發(fā)生強(qiáng)烈的逡逑能量交換，進(jìn)而引發(fā)未燃煤塵的劇烈燃燒。燃燒產(chǎn)生的能量以一層層同心球面波逡逑的形式向各個(gè)方向迅速蔓延和發(fā)展，最終引發(fā)整個(gè)空間內(nèi)煤塵的燃燒。在密閉空逡逑間內(nèi)，燃燒使得整個(gè)空間的溫度升高，進(jìn)而造成氣體體積膨脹、壓力驟然增加，逡逑形成爆炸現(xiàn)象。加入抑爆劑后，冷的抑爆劑顆粒均勻的分散在熱的煤／半焦顆粒周逡逑圍。吸收煤／半焦顆粒輻射出的部分熱量

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｒｉｓｉｎｇ邋ｒａｔｅ邋ｏｆ邋１０邋°Ｃ／ｍｉｎ逡逑分布活化能模型能很好地描述煤的熱解過程，對煤種和升溫速率的變化都有逡逑很寬的適應(yīng)性。圖２．６為利用Ｍｉｕｒａ積分法作出的云南昭通褐煤在不同轉(zhuǎn)化率下的逡逑阿倫尼烏斯曲線。分別對各條阿倫尼烏斯曲線進(jìn)行線性擬合，發(fā)現(xiàn)各曲線的擬合逡逑度Ｒ２均大于０．９５，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信。根據(jù)圖２．６中各擬合直線的斜率和截距即可求逡逑出反應(yīng)活化能和反應(yīng)指前因子，將不同轉(zhuǎn)化率；ｃ和對應(yīng)活化能￡作圖后對曲線進(jìn)逡逑，邋（￡－￡0）：逡逑行微分，，即可求出如圖２．７所示高斯擬合的活化能分布函數(shù)可見，逡逑隨著轉(zhuǎn)化率的升高，云南昭通褐煤析出揮發(fā)分的活化能總體呈現(xiàn)增加的趨勢，反逡逑應(yīng)越困難，這與煤的固有組成特性有關(guān)。轉(zhuǎn)化率為０．１０￣０．２０時(shí)，活化能開始升氋
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD714.5

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本文編號：2711116